Вольтамперные характеристики и критические напряжения короны на проводах, находящихся под дождем Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО То* 66, в. 1 ИНСТИТУТА имени С. М. КИРОВА 1943 г.

ВОАЬТАМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И КРИТИЧЕСКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ КОРОНЫ НА ПРОВОДАХ, НАХОДЯЩИХСЯ

ПОД ДОЖДЕМ

Н. Б. БОГДАНОВА Введение

Изучение изменения критического напряжения короны, тока и потерь » непогоду, т. е. з связи с изменением влажности воздуха и наличием на коронирующих проводах осадков, представляет значительный интерес. Следует ожидать, что критическое напряжение короны икр будет ниже ма покрытых осадками проводах вследствие появления на поверхности яроводов дополнительных острий в виде капель воды, крупиц льда и т. д. *)♦ Влажность воздуха также может оказать влияние на величину С/Кр. Исследование этого вопроса [7], [8] показало, что начальное напряжение в атмосфере водяного пара отличается от такового в воздухе и, например, для симметричных электродов оказалось на 16°/0 выше* По данным исследователей короны переменного тока [1], [9] и др., влажность воздуха сама по себе, при условии сухой поверхности проводов, не оказывает влияния на величину критического напряжения короны.

Ток и потери мощности на корону на проводах, находящихся под дождем, в атмосфере тумана, в условиях обледенения, должны измениться по сравнению с током и потерями, измеренными в нормаль-пых условиях, во-первых, вследствие указанного выше изменения критического напряжения короны 1)кр, во-вторых, вследствие изменения подвижности ионов воздуха.

Из исследований Жебровского [2] с трубчатым электрофильтром 4при постоянном токе) можно заключить, что увеличение влажности воздуха вызывает уменьшение тока короны. Это и следует ожидать, так как увеличение влажности воздуха приводит к уменьшению подвижности ионов воздуха, следовательно, и к уменьшению тока. С другой стороны, па мнению Пика и др. [1, 9], влажность воздуха, не оказывая влияния на не изменяет также и величину потерь мощности на корону перемея мого тока Р.

По данным этих же авторов, потери Р значительно увеличиваются три наличии осадков на проводах вследствие уменьшения критического напряжения до величины

и кр шпог икр»

где тпог^\ — коэффициент погоды.

Нужно заметить, что в технических расчетах потерь на корону т линиях передач высокого напряжения, производящихся по эмпирической формуле Пика,

Р^С(и—ГПпог икр)\

*) При обледенении критическое напряжение короны ыожет быть даже выше, чем & нормальных условиях, благодаря увеличению диаметра провода.

коэффициент погоды считается равным единице только в солнечную погоду. Тем самым молчаливо предполагается, вопреки высказываниям самого Пика, что при пасмурной погоде, но в отсутствии осадков критическое напряжение уменьшается, а потери увеличиваются. Увеличение ' тока короны на покрытых осадками проводах отмечалось также & работах Штригеля [10]. С другой стороны, Кюн [И] в опытах с короной постоянного тока обнаружил независимость величины тока короны от того, покрыты провода осадками или нет.

Целью настоящей работы является исследование влияния влажности воздуха и осадков на проводах на технические характеристики короны постоянного тока—критическое напряжение и ток, т. е. выяснение следующих вопросов: 1) изменяется ли критическое напряжение корона на проводах, находящихся во влажном воздухе, если поверхность проводов остается сухой; 2) как меняется критическое напряжение при наличии осадков на проводах; 3) каков ход вольтамперных характеристик короны в случае, когда провода коронируют во влажной атмосфере и поверхность их остается сухой; 4) когда на поверхности проводов осаждаются капли.

Измерения проводились при коронировании провода, помещенного внутри коаксиального ему цилиндра, провода, помещенного против плоскости и на двух параллельных проводах. Подробнее об экспериментальных установках см. в предыдущем сообщении [3]. Во всех опытах принимались меры для экранирования изоляторов от попадания на них влаги: измеренные токи утечки во время дождя оказались ничтожными и в общем равными токам утечки в нормальных условиях. Отсутствие краевого эффекта проверялось для всех установок., Пульверизатор, наполняемый дистиллированной водой, сообщался с воздуходувкой через тройник, что позволяло в некоторых пределах менять силу дождя; во всех опытах она не превышала 1 мм\минт

Ранее было показано [3,4], что по мере возрастания напряжения над критическим напряжением короиирования влага все в меньших количествах осаждается на проводах и при некоторых напряжениях ис провода остаются сухими, находясь под дождем. Это дает возможность при 1)^>ис исследовать коронирование проводов во влажной атмосфере, но в отсутствии осадков на них; при и<^ис выпавшие на проводах осадки и влажность воздуха совокупно влияют на величину тока и критического напряжения короны. При этом влажность воздуха и в том и в другом случае остается одной и той же.

Вольтамперные характеристики коронного разряда

Для выяснения влияния осадков на величину тока короны были произведены следующие опыты. Провода находились в течение некоторого времени под дождем. Затем дождь прекращался, включалось постоянное напряжение и, несколько превышающее Окр, Провода постепенно высыхали. При этом фиксировалось количество капель в поле зрения зритель- г ной трубы, направленной на провода, и ток короны I. На рис. 1 приведены результаты подобного опыта для параллельных проводов: по мере высыхания проводов, с уменьшением числа капель п ток короны I уменьшался, при п = о 1~10—току, измеренному ранее в отсутствии дождя.

На рис. % 3 и 4 приведены типичные вольтамперные характеристики коронного разряда (сплошные кривые—измеренные при нормальных условиях, пунктирные—при дожде). Рис. 2 относится к случаю коронирова-ния провода внутри коаксиального ему цилиндра (провод диаметром 2го=2.3 мм находится при отрицательной полярности по отношению к цилиндру). Ток короны I, измеренный при дожде при малых напряжениях,,, больше тока 10, измеренного в нормальных условиях. По мере увеличе-

цилиндрЫ

Напряжение

Рве. 2. Вольтамперные характеристики коронного разряда. Провод помещен внутри коаксиального ему цилиндра.

НапепЬ $ зт*>*& »т«^

Рис. 1. Зависимость величины ток» коровы от количества капель ва Н0-верхности проводов.

ДО

сл?

И * 40 т

I/

20 30

Напр&Ьвниъ

Рис. 3. Вольтамперные характеристики коронного разряда. Провод помещен против плоскости.

Рис. 4. Вольтамперные характеристики коронного разряда. Параллельные провода.

! пня напряжения, I стремится к 10 и затем делается меньше 10 (начиная с' некоторых напряжений отношение -у делается постоянным, равным, при-

^ нерно, 0.7 — 0.8).

Несколько иной ход у вольтамперных характеристик разряда в случае коронирования провода против плоскости (рис. 3) и в случае параллельных проводов (рис. 4). По мере увеличения напряжения ток I прибли-

* Асается по своим значениям к току 10, в некоторых случаях делается равным ему (рис. 3 и верхняя кривая рис. 4), но не делается меньше 10.

\ Многочисленные опыты показали, что при том напряжении, при котором

1 14 1

1) в коаксиальных цилиндрах отношение — делается равным постоянному

и

дробному числу (0.7 — 0.8); 2) в двух других случаях визуальные,

\ фотографические и иные наблюдения не обнаруживали на проводах осадков. Это напряжение мы и определили, как напряжение ис> при котором коронирующие провода остаются сухими, находясь под дождем.

При напряжениях С/, лежащих в пределах между икр и С/с, влага осаждается на проводах. При этом ток должен быть больше, чем при измерении в отсутствии дождя (рис; 1), что и наблюдается—см. вольтамперные кривые рис. 2, 3 и 4. С увеличе-Рис* 5. Зависимость относительного изменения нием напряжения капли осаж-■тека короны от напряжения для случая провода, даются все в меньшем количе-. помещенного внутри цилиндра. стве— ток I приближается к зна~

; чениям тока 10. Нужно заметить,

что даже небольшого количества осадков на проводах достаточно для

* того, чтобы I не равнялась 10 (провод—плоскость и параллельные про-1 вода). Можно, таким образом, констатировать, что осадки на проводах,

несомненно, приводят к увеличению тока короны во всех рассмотренных случаях.

При и^>ис ток I может отличаться от 10 только лишь по причине влия-1 «ия влажности воздуха на ток или изменения инр. Если считать, что ' икр не изменяется (а мы увидим в дальнейшем, что это справедливо), то I можно ожидать уменьшения тока короны вследствие уменьшения под-

* «ижности ионов. Такой эффект наблюдался нами только лишь в случае коронирования провода внутри коаксиального ему цилиндра (рис. 5, при

■£/>£УГ1— = 0.8). В двух других случаях влияние влажности воздуха, ВИДИМО

«о, мало, по крайней мере мы ни разу не зафиксировали токи меньшие чем 10! при и> ис, 1=1 о.

Критическое напряжение короны

Критическое напряжение короны икр в отсутствии дождя определялось из, прямых редуцированных характеристик

________________________~=А(и-икр).1) .

*) В свете последних работ такое построение для биполярной короны (два параллельных провода) является не вполне законным, и зависимость тока от напряжения имеет более слож-шый вид [5].

ко аксиал 6 нЫе цилиндры 2г0 *(Ь38> мм '

им

№ и с 20 30 Напряжение

46

Воспользовавшись тем обстоятельством, что при и^>ис провод остается сухим, находясь под дождем, можем определить критическое напряжение коронирования во влажной атмосфере игкр% при условии сухой поверхности проводов. Для этого строим редуцированную характеристику

такого „осушенного* короной провода; в координатах^, и наносим точки, соответствующие £/>£/г и, продолжая получившуюся прямую до пересечения с осью и, определяем 1Гкр во влажной атмосфере, как отрезок, отсекаемый на оси и. Такие построения выполнены на рис. 6 для прово-да, коронирующего внутри цилиндра (диаметр провода 0. 38 мм)—прямая в\ прямая а—представляет собой редуцированную характеристику короны в нормальных условиях. Из рисунка следует, что и(кр=икр. Проделав такие же построения для большого количества других случаев, мы неизменно приходим к тому же выводу. Для случая провода, помещенного против плоскости и параллельных проводов, такие построения излишни, ибо при и > и а I = Ь» прямые редуцированных характеристик совмещаются, и' Кр =

Для подтверждения этого же положения мы построили редуцированные характеристики коронного разряда в трубчатом электрофильтре при различной влажности воздуха по данным Жебровского [2| (рис. 7). На

ЙМП

Ли -щатая и- я»— ) /« /

А

, V

у

V \ 1- I м * От •

Рис.6. Прямые редуцированных характеристик короны для случая провода, помещенного внутри цилиндра.

Рис. 7. Прямые редуцированных характеристик коронного разряда в трубчатом электрофильтре при раз* личных влажностях воздуха (по дан* ным Жебровского).

основании этих данных, можно также заключить о неизменности величины критического напряжения короны при изменении влажности воздуха в довольно широком диапазоне. Заметим, что в наших опытах в окружающей провода атмосфере не только было повышенное количество водяных паров, но все пространство было заполнено водяными каплями ^дождь продолжался !). Следовательно, и дождь сам по себе, при условии сухой поверхности проводов, не изменяет величины критического напряжения короны.

Обратимся теперь к опытам, в которых, в отличие от только что рассмотренных, влага осаждалась на проводах. Критическое напряжение короны в этих условиях—и'кр~^пог Vкр- Величину коэффициента погоды мы также находили из редуцированных характеристик [6]. Коэффициент пого ды при одних и тех же .метеорологических условиях* (сила дождя) оказался в очень сильной степени зависящим от диаметра провода и от ве-

личины приложенного напряжения. В случае проводов больших сечений (2.5 мм) значения коэффициента noroibi тпог спускались до 0.5.

По мере увеличения напряжения, коэффициент погоды приближался по своим значениям к единице, при тех напряжениях, при которых провод оставался сухим, находись под дождем {U^UC) тпог—\.

В' опытах на переменном напряжении мы наблюдали изменение знака выпрямления короны в тех случаях, когда на проводе осаждались капли; при увеличении напряжения, по мере уменьшения количества влаги на поверхности проводов, ток вновь менял свое направление на первоначальное—то, которое было в отсутствии дождя.

Заключение

Показано, что ток короны при наличии осадков на проводах больше тока, измеренного в нормальных условиях; увеличение количества влаги на проводах приводит к увеличению тока и наоборот. Ток короны во влажной атмосфере, но в отсутствии осадков на провоаах либо меньше (наши опыты с коаксиальными цилиндрами и опыты Ж е б р о в с к о г о), либо близки (наши опыты с параллельными проводами и проводом, расположенным против плоскости) к значениям тока, измеренного в нормаль-пых условиях. Если влага на проводах не осаждается, ток короны может измениться вследствие уменьшения подвижности ионов во влажном воздухе. Нет ничего удивительного в том, что это изменение существенно для закрытого пространства коаксиальных цилиндров и незаметно для открытого пространства двух других конструкций.

Критическое напряжение короны зависит только от состояния поверхности проводов и не зависит от влажности воздуха, Эго дает основание считать коэффициент погоды равным единице не только в солнечную погоду; при пасмурной погоде, при которой однако поверхность проводов остается сухой, коэффициент погоды также следует считать равным единице. Это даст возможность исходить при техническом расчете не из числа среднегодовых солнечных дней, а из числа среднегодовых дней с отсутствующими осадками.

В заключение приношу глубокую благодарность профессору-доктору А. А. Воробьеву за ценные советы и указания.

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. В. Ф. П ик.—.Диэлектрические явления в технике высоких напряжений0, ОНТИ, 1Ü34.

2. С. П. Жебровский—Электричество, 24, 19Ш.

3. А. А: Воробьев и Н. Б. Б о г д а н о в а—Игвестия ТПИ, 1948.

4. А. А. Воробьев и Н. Б. Богданова —ЖГФ, 1948.

5. В. И. Пол ков-ДАН, т. LVIII, №5, 1947.

ь. Н. Ь. Богданова—Известия ГПИ, 1948.

7. S. Frank.-Z. f Phys. Н. 5—6, 409, 1931.

8. Е. W е i с h е lf-Phys, Z. 32, N 4. 1931.

' 9. 1. S. Carroll а. М. М. Rockwell-El. Eng. v. 56, N 5, 1937.

10. R S tri e g e 1.-Wissenschaftliche Veröffent. aus d. Siemens Werken. В. XV, H 1, S^-

6b. 1936.

11- E. Kuh n-E.T.Z. H. 22, 1935.

IG